強相関超伝導体における電荷・軌道・スピン複合自由度の協奏現象の理論解明

• 研究課題/領域番号: 15H03687
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 紺谷 浩 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90272533)
• 研究分担者: 下志万 貴博 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (70581578) ; 大成 誠一郎 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (80402535)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2015年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 強相関電子系 / 鉄系超伝導体 / 銅酸化物超伝導体 / 重い電子系 / 超伝導機構 / 電子ネマティック秩序 / 多極子秩序 / 銅酸化物高温超伝導体 / 軌道秩序 / ネマティック秩序 / 軌道揺らぎ / 超伝導発現機構 / バーテックス補正

研究成果の概要

強相関電子系では、高次の多体効果である「バーテックス補正」の重要性に近年注目が集まっている。我々は、ダイヤグラムの理論と汎関数繰り込み群の理論を両輪に、鉄系超伝導体や銅酸化物超伝導体におけるバーテックス補正の包括的研究を遂行し、未解明問題の解決に取り組んだ。その結果、これらの系で広く観測される電子状態が自発的に回転対称性を破る「電子ネマティック秩序」の発現機構が、Aslamazov-Larkin型バーテックス補正であることを見出した。その物理的意味は「電荷・スピン・軌道の量子的縺れ合い」であり、強相関電子系において大変重要な役割を果たす。

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉄系超伝導体や銅酸化物超伝導体における「電子ネマティク秩序」は、従来の標準的理論（平均場近似など）では理解不可能であり、その理論的解明が急務であった。本研究で我々は、高次の多体効果である「バーテックス補正」の重要性にいち早く注目して理論を発展させ、電子ネマティク秩序の理論的再現に成功した。開発された理論手法は、重い電子系など他の強相関電子系にも適用可能であると期待される。また、電子ネマティク秩序の揺らぎは超伝導ペアリング機構を与えるため、鉄系超伝導体や銅酸化物超伝導体における高温超伝導発現機構の解明に向けての、重要な足掛かりを与える。

研究成果

• [雑誌論文] Self-energy driven resonancelike inelastic neutron spectrum in the s++-wave state in Fe-based superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: L. Takeuchi, Y. Yamakawa, and H. Kontani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 16 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.165143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge-induced Strongly Correlated Electronic States in Two-dimensional Hubbard Model: Enhancement of Magnetic Correlations and Self-energy Effects (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Matsubara, Y. Yamakawa, and H. Kontani
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 7 ページ: 073705-073705
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.073705
  • NAID: 210000134884
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pairing mechanism for nodal s-wave superconductivity in BaFe2(As,P)2: Analysis beyond Migdal-Eliashberg formalism (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Nakaoka, Y. Yamakawa, and H. Kontani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 12 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.125107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fully gapped s-wave superconductivity enhanced by magnetic criticality in heavy-fermion systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Tazai Rina、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 20 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.205107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusual nodal behaviors of the superconducting gap in the iron-based superconductor Ba(Fe0.65Ru0.35)2As2: Effects of spin-orbit coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: L. Liu, K. Okazaki, T. Yoshida, H. Suzuki, M. Horio, L. C. C. Ambolode II1, J. Xu, S. Ideta, M. Hashimoto, D. H. Lu, Z.-X. Shen, Y. Ota, S. Shin, M. Nakajima, S. Ishida, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T. Mikami, T. Kakeshita, Y. Yamakawa, H. Kontani, S. Uchida, and A. Fujimori
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: Phys. Rev. B 号: 10 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.104504
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] p-orbital density wave with d symmetry in high-Tc cuprate superconductors predicted by renormalization-group + constrained RPA theory (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Tsuchiizu, Y. Yamakawa, and H. Kontani
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 15 ページ: 155148-155148
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.155148
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sign-Reversing Orbital Polarization in the Nematic Phase of FeSe due to the C2 Symmetry Breaking in the Self-Energy (2016)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Youichi Yamakawa, Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 号: 22 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.227001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nematicity and Magnetism in FeSe and Other Families of Fe-Based Superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yamakawa, Seiichiro Onari, Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 6 号: 2 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevx.6.021032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical prediction of nematic orbital-ordered state in the Ti oxypnictide superconductorBaTi2(As,Sb)2O (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakaoka Hironori、Yamakawa Youichi、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 24 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.245122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional renormalization group study of orbital fluctuation mediated superconductivity: Impact of the electron-boson coupling vertex corrections (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Tazai, Y. Yamakawa, M. Tsuchiizu, H. Kontani
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 号: 11 ページ: 115155-115155
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.115155
  • NAID: 120005895208
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity pairing mechanism from cobalt impurity doping in FeSe: spin (s+-) or orbital (s++) fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Urata, Y. Tanabe, K. K. Huynh, Y. Yamakawa, H. Kontani, and K. Tanigaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.014507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Triplet Superconductivity in Sr2RuO4 due to Orbital and Spin Fluctuations: Analyses by Two-Dimensional Renormalization Group Theory and Self-Consistent Vertex-Correction Method (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tsuchiizu, Y. Yamakawa, Y. Ohno, S. Onari, and H. Kontani
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 号: 15 ページ: 155103-155103
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.155103
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-Fluctuation-Driven Nematic Charge-Density-Wave in Cuprate Superconductors: Impact of Aslamazov-Larkin-Type Vertex Correction (2015)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yamakawa, Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 114 号: 25 ページ: 257001-257001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.257001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Revisiting orbital-fluctuation-mediated superconductivity in LiFeAs: Nontrivial spin-orbit interaction effects on the band structure and superconducting gap function (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Saito, Youichi Yamakawa, Seiichiro Onari, and Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 13 ページ: 134522-134522
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.134522
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Momentum-Dependent Sign Inversion of Orbital Order in Superconducting FeSe (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, T. Shimojima, T. Sonobe, A. Nakamura, M. Sakano, H. Tsuji, J. Omachi, K. Yoshioka, M. Kuwata-Gonokami, T. Watashige, R. Kobayashi, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, Y. Yamakawa, H. Kontani, and K. Ishizaka
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 20 ページ: 205117-205117
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.205117
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Origin of diverse nematic orders in Fe-based superconductors: 45 degree rotated nematicity in AFe2As2 (A=Cs, Rb) (2019)
  • 著者名/発表者名: 紺谷浩
  • 学会等名: APS March meeting（
  • 国際学会
• [学会発表] Diverse nematicity and superconductivity in high-Tc superconductors superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: 紺谷浩
  • 学会等名: the 12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S 2018)（
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin fluctuation driven nematicity in Fe-based and high-Tc superconductors superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: 紺谷浩
  • 学会等名: 6th International Conference On Superconductivity & Magnetism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 各種高温超伝導体におけるネマティック秩序 (2018)
  • 著者名/発表者名: 紺谷浩
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム（第6回）
• [学会発表] p-orbital density wave with d-symmetry in high-Tc superconductors predicted by the renormalization-group + constrained-RPA study (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kontani
  • 学会等名: International Workshop & Seminar on Strong Correlations and the Normal State of the High Temperature Superconductors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theory of S++ Wave Superconductivity in FeSe: Beyond the Migdal-Eliashberg Approximation (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kontani
  • 学会等名: EMN Prague Meeting, 21-14, June 2016, Prague Hotel, Czech Republic
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Origins of the nematicity and superconductivity in FeSe and other Fe-based superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kontani
  • 学会等名: Sueprstripes 2016, Ischia, Italy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Orbital Order and Superconductivity in FeSe and Other Fe-based Superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kontani
  • 学会等名: The 17th International Conference on High Pressure in Semiconductor Physics (HPSP-17) & Workshop on High Pressure Study on Superconductivity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interplay between the Nematicity, Magnetism and Superconductivity in Fe-based superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kontani
  • 学会等名: EASTMAG-2016 VI Euro-Asian Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nematicity and superconductivity in Fe-based and cuprate superconductors: Impact of Aslamazov-Larkin vertex corrections (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kontani
  • 学会等名: APCTP Workshop on Pairing Interaction of High Temperature Superconductors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Orbital order driven by vertex corrections: Nematicity without SDW in FeSe and p-orbital order in cuprates (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kontani
  • 学会等名: Workshop on the two-dimensional chalcogenides: exotic electronic orders, superconductivity and magnetism
  • 発表場所: IFW Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-08-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Orbital order driven by vertex corrections (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kontani
  • 学会等名: SUPERSTRIPES 2015
  • 発表場所: Ischia, Italy
  • 年月日: 2015-06-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Why Orbital Order and Fluctuations Originate from the Coulomb Interaction in Multiorbital Hubbard Models? (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kontani
  • 学会等名: Gordon Research Conference "Unconventional Superconductivity: Materials and Mechanisms"
  • 発表場所: The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-05-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Sc研 出版論文
  • URL: http://www.s.phys.nagoya-u.ac.jp/publication
• [備考] Sc研 学会・研究会・受賞等
  • URL: http://www.s.phys.nagoya-u.ac.jp/publication/talks